[發明專利]納米材料微結構2D/3D打印裝置及打印方法

在審

• 申請號: 201710414349.3
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107116907A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 賈國治;張延榜
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: B41J2/175
• 分類號: B41J2/175;B41J2/01;B41J25/304
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發明涉及一種納米材料微結構2D/3D打印裝置及打印方法，尤其涉及到精控供墨系統和高精度打印頭高度即時自調節裝置。

背景技術

納米技術和2D/3D打印技術的結合為材料微結構的設計提供了一種新思路，在復雜微器件的制造方面展現出獨到的優勢。目前就2D/3D打印微結構而言，還存在多方面的問題。研究的微2D/3D打印技術，打印質量的影響參數有很多，比如墨水黏度，剪切速率，打印頭尺寸，打印速度，打印頭高度，供墨速度以及出墨速度與打印速度的協調性等。對于微3D打印而言，控制打印頭出墨均勻性和打印頭合適的高度是至關重要的，特別是打印開始和結束時墨滴滯后以及打印頭高度不合適的問題嚴重影響了打印質量。目前微2D/3D打印機供墨裝置大多是用氣壓控制系統，包括蠕動泵系統。但是氣壓式擠出具有以下不足之處：(1)對氣動裝置的精密度要求較高，包括高精度的氣壓開關控制器和氣壓調節閥等，費用較高；(2)由于空氣可壓縮性，即使在打印停止時關閉氣壓也會使打印頭繼續出墨，在打印頭處形成較大液滴，影響下一步打印的質量；(3)再加上微打印使用的打印頭尺寸多在微米量級，輸氣管中即使少量的殘留氣壓就會造成液滴擠出。另一方面，目前普通的3D打印裝置要求打印頭高度約為90微米，這樣一個厚度事實上是比較難調節的，勢必會影響打印機打印質量。特別是對于微2D/3D打印技術，打印頭高度的控制顯得極其重要，因為所使用的微米級打印頭，調節到最合適的高度具有一定的挑戰性，所以這個重要的參數極大地影響了微2D/3D打印質量。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米材料微結構2D/3D打印裝置及打印方法，能夠精控供墨系統和打印頭高度即時自調節裝置，本發明的精控供墨系統帶有手動調節開關和回抽功能，可以精確的控制出墨的均勻性。此外本發明使用不同尺寸的低價打印頭，可以方便快捷的更換，能夠實現不同尺寸高分辨的微2D/3D結構。另一方面，本發明具有高精度微距自調節功能，隨著打印進行打印頭的高度能夠根據底板的平整度自調節，極大的提高了微2D/3D打印的質量。本發明所述的裝置可以應用于微納2D/3D打印裝置，同時也適用于普通2D/3D打印設備。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種納米材料微結構2D/3D打印裝置，其中：該裝置包括有供墨系統、超聲三通混合管和帶有打印頭自調節功能的三軸裝置；所述供墨裝置包括步進電機、手動調節旋鈕、高精密絲杠、精密滑塊、金屬滑桿、供墨桶、鎖緊裝置和精密推桿，精密絲杠兩頭分別與步進電機和精密滑塊連接，手動調節底部通過轉換齒輪與精密絲杠連接，控制精密絲杠的轉動，所述精密滑塊通過金屬滑桿滑動，精密推桿頂部與滑塊固定，供墨桶與底板連接并通過鎖緊裝置固定；所述超聲三通混合管包括進墨口，振子超聲器，外接導線和出墨口，進墨口通過彎曲管與出墨口連接，振子超聲器嵌套在出墨管上面；所述帶有打印頭自調節的三軸裝置包括步進電機、精密滑軌導軌和精密滑軌導軌、可控溫加熱板、高精度激光微距測量頭、外接導線、打印頭固定器、打印頭插孔、千分微調螺母、精密滑塊、高精度絲杠和步進電機，所述步進電機通過絲杠與滑軌連接，高精度激光微距測量頭裝在打印頭固定器側面，兩個固定器通過千分微調螺母調節間距，打印頭固定器安裝在精密滑塊上，高精度絲杠兩端分別與步進電機和精密滑塊連接，可控溫加熱板安裝在打印頭固定器下面。

同時提供一種利用所述納米材料微結構2D/3D打印裝置的操作方法。

本發明的效果是：

本發明的納米材料微結構2D/3D打印裝置中的微量可控供墨裝置出墨量可以控制在0.001-0.1毫升之間。雙打印頭可以10微米-5厘米范圍內調節，打開控制電機，推動精密滑塊前進，滑桿會推動供墨桶中的墨水擠出，結合可調間距雙打印頭裝置，可以實現雙打印頭打印，單個打印頭打印；通過超聲混合管裝置，能夠將不同種類墨水均勻混合，實現不同種類墨水微結構打印。該裝置利用微距自調節方式更有效，打開步進電機，推動精密滑塊帶動打印頭趨近打印基板，在打印頭針尖處的液滴底部恰好與基板接觸時，高精度激光微距測量頭傳輸停止信號，即刻停止趨近，開始打印。在整個打印過程中自動識別打印頭高度，精度達到1微米，確保墨滴與底板的無縫接觸以及層與層之間的無縫連接。

附圖說明

圖1為本發明的精控供墨裝置；

圖2為本發明的帶有振子超聲的混合三通管；

圖3為本發明的帶有精密打印頭高度自調節裝置的2D/3D打印裝置。

具體實施方式

結合附圖對本發明的納米材料微結構2D/3D打印裝置及打印方法加以說明。